在工藝開發支持的週期性缺陷

德克Ortloff博士

討論主題

摘要
簡介
不足之處
市場壓力
虛擬預評估的用法
內部信息管理不足
文件及合規支持
需求
解決方案
結論
參考文獻

摘要

今天的各種不確定因素和障礙的挑戰，新產品開發或產品的改進。發展微機電系統（MEMS），納機電系統（NEMS）或納米尺度薄膜的設備和他們的特別需要的製造工藝時，尤其如此。不同的技術選擇和它們的約束以及尺寸縮小和其他內部和外部勢力壓倒的工程師和技術把他們的限制。本文系統地調查的外部和內部因素和MEMS和NEMS進程的發展，其影響的不同地區。

為了配合在MEMS / NEMS的製造工藝發展的一個適當的工藝設計自動化的新方法是必要的日益複雜的挑戰。該方法需要覆蓋新工藝序列的設計從最初的想法到最後移交到批量生產。還必須提供的電子傳輸過程數據和知識，技術合作夥伴手段。

進一步下降本文收集軟件適合對功能的要求，以支持這種做法。它的亮點，只能通過密集使用這樣的軟件產品工程方法在手手工具滿足不斷增長的未來市場的需求。這一種下降到工藝開發的簡化和自動化許多任務的執行系統（PDES）類別的工具手動執行。這些受試者在歐盟研究項目的海濱長廊（北京時間507965）和其^出版物 2-4中解決。一類的工具，滿足這些需求的許多 XperiDesk ®長廊的結果商品化。

簡介

MEMS和NEMS器件的新的生產配方的開發項目是由各種不同的外部和內部需求的挑戰。在下一節，共同發展的做法所造成的缺陷是突出。為了激勵這些，讓我們看看在目前的發展實踐。這一個過程開發項目的輪廓先前已出版了以類似的方式。

每一個新產品或產品的增強，開始一個新的想法。 MEMS和NEMS的工藝和設備設計領域，個人經驗，通過以前的發展中獲得新的發展提供了重大的貢獻。

其他信息和靈感來源，包括同事，科學論文和老實驗室的書籍。然而，這是哪裡出現問題。同事們並不總是可用的，它並不總是很清楚，如果一定的實驗已經進行。實驗室的書籍是一個很好的資源，歷史數據，但在大多數情況下，他們是唯一有用的是誰寫的人，因為他們知道到哪裡尋找和如何讀取它們。即使計算機中的文件是可用的，他們往往分佈在多個文件服務器，或者是隱藏在一些地方，他們只是一維的標準排序。搜索從另一個角度看幾乎是不可能的的。

此外，每一位工程師，他/她自己的方式存儲信息，這意味著各種辦公和免費軟件是用於創建文檔。已經在這第一階段設備和工藝的發展很多好的想法是報廢的，只是因為沒有足夠的時間做必要的研究和探索解決方案的空間，足以。

一旦克服了這些最初的困難，工程師，然後開始設計一個新的工藝流程，旨在銘記生產設備。這是在紙上或使用文字處理或電子表格程序，如辦公工具。文件和數據格式，通常是從工程師到工程師。這種方法的一個關鍵的問題是，在大多數情況下，只有“好”的配方和結果保存。不成功的試驗，其產生的數據往往被丟棄，沒有正確歸檔，並經常被遺忘。

例如，一個同事可能會發生變化的一台機器（沒有記錄）的配置，或在以前的實驗中使用的機器可能無法使用了，因此很難使用和重現以前的實驗結果。這種做法的結果，只有一名工程師或一小群工程師收益的知識，從失敗的實驗。這會導致重複的失敗，這是昂貴的時間，物力和財力方面。因此，不歸檔的一個實驗的完整的上下文限制的重複性和浪費寶貴的資源。

在設計一種新的生產過程中的下一步是驗證組裝過程流。所有必要的清洗步驟？是溫度預算滿足了嗎？這一步驟的順序污染的機器？然而，這些問題只適用於製造流程方面，而不是功能方面。它變得清晰，許多制約因素，必須滿足，必須克服許多限制，設計一個“好”的工藝流程。

由於更短的開發週期造成時間限制，這些評估有時不夠徹底。最，其他經驗豐富的工程師評估流程和評估他們用自己的經驗來看。這種方法的問題是，經驗豐富的工程師並不總是隨時在公司內。即使有一個徹底的審查過程中，沒有人是完美的，和加工技術變得越來越複雜，每天。

簡單的錯誤，如錯誤在錯誤的機器材料，可以有一個很大的影響，該項目所使用的設備和公司。這些延遲結果和機器損壞，中斷生產線錯誤的結果。最後，流動過程的第一次運行是執行和結果進行評估。

在大多數情況下，第一次運行的是一個局部的成功還是沒有成功。不過，是獲得了寶貴的經驗。然而，各種數據和圖片（使用掃描電子顯微鏡（SEMS），原子力顯微鏡（AFMS），等）生成過程的評價。這些文件存儲在文件服務器上，往往只看到由直接有關的個人，因為他們知道自己的位置和它們屬於什麼實驗。為了使事情變得更糟的是，討論這個數據是通過 e - mail的地方。有關進程的非正式知識，這種做法的結果是只存儲在郵件服務器上，並再次訪問這個知識的時代已經過去了後很難。

實驗完成後，結果和得出的結論是用來調整流動過程或設備的設計，並開始一個新的配方和設計迭代。然而，參數空間已成為人類太大。 “鋸齒形”路徑的最後過程中釋放或解僱一個想法做一些不必要的實驗。

調查段所述的做法提供了在發展過程中遇到問題的見解，並突出了必要的改進潛力。文件的其餘部分更詳細地查找到上面的概述，以及額外的障礙和挑戰。

不足之處

至於動機目前在引進過程中的開發工具和做法，從有關適當支持的若干挑戰而受到了影響。這些缺陷可分為四個主要領域：

1。實驗，協作和標準化的不足工具的企業，必須解決市場的壓力和趨勢。
2。有限的使用虛擬的預評估的可能性（如可製造性評估）和模擬由於幾個不同的原因。
3。不足的內部信息和知識管理。
4。沒有足夠的文件和遵守的支持。

市場壓力

世界範圍的競爭和市場的需求在越來越快的時間對市場需求的結果。這為更有效的開發方法。可以採取幾種不同的路線來實現這一目標。

方法的時間，市場的問題的方法之一是使用虛擬樣機和虛擬的預評估。虛擬原型可以在提供第一批成果更快的發展明顯加快。它還允許在同一時間，更可能是有用的的變種進行核查。在發達的食譜和早在發展過程中可能的替代方案中尋找漏洞，可以節省時間和開支顯著。不幸的是適當的，為完成這些任務的軟件往往是最好的不足。

加快發展的另一種方法是從以前的發展盡可能重用。對於集中管理和重複性的配方和發展成果的一個先決條件。由於不均勻的文件格式，分散的結果數據和不足檢索手段，往往不能滿足這個前提條件是。

不同的人，在公司內部的團體之間的合作是高科技發展的當務之急。這可以包括世界各地的不同群體之間的協作。市場趨勢和開發成本，甚至驅動器需要不同的法律實體之間的協作發展活動。協作可以提高進入市場的時間。

但是適當的中央開發平台，包括通訊和電子知識轉移功能，需要有效地這樣做。這是特別真實的，如果知識的過程，需要轉移到一個新的站點。接收站點的設置過程，往往造成偏離計劃的參考結果。這些偏差通常需要再次進行研究，因為沒有適當的參考基準是目前的。這就導致了今天的傳輸通過漫長的過程藍皮書和工程師轉讓技術的普遍做法，將不能滿足未來發展的時間和資源要求的洞察力。

虛擬預評估的用法

由於上述動機，虛擬原型和預評估，可以加快發展和削減成本。有時使用結構模擬的虛擬預評估功能，如模擬專家的帶寬，或所需的模擬和維護資源的可用性是有限的。這往往是由於本地的軟件安裝和維護要求以及由於需要受過專門訓練的個人發展，例如模擬配置的。這些技術的人成為一個瓶頸，為有效地利用仿真工具或其他虛擬評估手段。因此，“思想檢查”通過現實生活造成實驗增加在時間和資源花費，以及減少在解空間探索。這將導致工程師放棄好的想法，只是因為沒有足夠的時間來進行必要的研究和探索。

此外，時下的食譜已成為巨大的複雜，因此，即使是經驗豐富的工藝工程師很難檢測一個進程內的流的所有潛在的收縮。因此，runcards手冊審查和計劃是否已經成為一項繁瑣，費時，有時甚至容易出錯的任務。錯誤地放置在手動生成runcards不一致的更新，在流子模塊小數點，材料不一致或不兼容，越來越難以發現，並可能導致整個批次是沒有用處，或者在極端情況下，甚至可能損壞或污染的生產設備。

內部信息管理不足

另一個問題是不足的內部信息和知識管理，導致經常性工程“似曾相識”。獲得的經驗，由以前的發展，科學論文，老實驗室圖書提供的重大貢獻，實現新產品的思路。在沒有或只有在這些數據不足，結構導致了很多的麻煩和雙重工作。在半導體工藝的發展估計 10-15％的失敗和雙實驗是可以避免的，如果以前的結果將在一個更簡單的方法訪問的專家。工程師，不同的項目之間波動所帶來的問題，這關係。移動到一個不同的項目工程專家可能會危及以前的項目，而移動到正在運行的項目的工程師都充斥著大量的非結構化信息。

此外，數據存儲的傳統手段提供了唯一的一維搜索條件。雜亂的結果數據存儲和本地磁盤驅動器上的重要數據，造成乏味和容易出錯的手工數據收集，有時甚至數據丟失。而且往往只有純數據或結果數據集存儲有限或沒有上下文信息。只有有限的範圍內的問題時，試圖重現以前看到的效果或結果，從因果分析錯誤的結論。這些情況下，產生“似曾相識”的形式“一旦我們有一個結果 ... ...”可以很煩人，成本密集。

文件及合規支持

充其量，記錄和報告開發進度，可能是很乏味。雜亂的結果將存儲到發展，要求他們手動收集​​數據從不同的機械工程師主要的手動工作。此外，大會收集到的報告和評價的結果數據可以利用的時間工程的重要組成部分。發展現狀的報告往往是倍以上的手工裝配的報告比一個自動化的過程。輸入的數據往往不是最新使正在進行的工作（WIP）的狀態不一定是精確。這些效應的影響，甚至因為那些適用於發展，以及越來越多的生產質量保證和遵守，如ISO - 900X，CMMI，SOX等的需求加劇，有較強的需求，履行所施加的的文件要求。

需求

為了規避或限制的影響，為上述挑戰的軟件工具是必要的。擁有一個中央平台，能夠支持試驗計劃，驗證和結果數據收集可以簡化所有這些努力。此外，這樣一個平台，可以收集保存的進展的時間表，為今後的項目規劃的參考數據。這樣一個軟件工具需要滿足以下的高層次的需求：

• 支持完整的開發週期，如在圖 1中。
• 內部和外部，但允許合作提供細粒度的保護和權限管理
• 允許技術轉移的綜合性和選擇性的進口和出口機制
• 提供虛擬的預評估的可能性，以盡可能避免失敗的實驗
• 發售機制，預評估一個新的設計配方製造
• 允許所有的工程師來執行虛擬評估，而不是通過專家的使用限制到/
• 優惠捕捉到的歷史信息和訪問（結構以及非正式）
• 從不同的角度提供強大的和詳細的歷史信息的檢索
• 包含收集，分類和管理的結果信息自動的機制
• 蓋的質量保證和遵從性需求的文件要求
• 提供廣泛的報告和規劃能力
• 中央管理和分發和執行允許在幾個不同的平台

圖1。開發週期，以支持由 PDES

解決方案

上面列出的要求，可滿足工藝開發執行系統（PDES）。一個 PDES製造執行系統（MES），在幾個方面是相似的。中央的顯著因素是，PDESs轉向製造過程中的發展，而MES系統是用於執行批量的生產，使用的開發過程中的定制定制。因此，焦點和一個 PDES工具集量較低，但更高的靈活性和自由實驗。一個消息的工具，更注重差異，更高的產量，更嚴格的控制，和物流。應用軟件，這兩種類型的共同點，他們增加可追溯性，生產力和質量（PDES發達國家的製造過程中的質量對比的MES製造質量）。

一個 PDES提供了一個簡單的方法來訪問這些以前在結構化的方式發展。更快的信息，可以檢索和以前的結果可以更有效地考慮。一個 PDES通常提供顯示和搜索結果的數據，從不同的觀點，並根據不同方面的數據進行分類的手段。這些功能是適用於像所有的材料，工藝步驟，機械，實驗，文件結果數據，圖片等PDES也提供了一種屬於相同或相似的的背景下，與實體，並探討由此產生的信息。

一個軟件套件PDES類屬於 XperiDesk，自2008年4月上市的軟件產品。它支持工藝開發工程師，在他們的任務，保持和發展高科技製造業的食譜，例如半導體器件製造。在一個工藝工程師顯著地提高了工作效率，以及改善過程中的質量，使用的結果。

XperiDesk工藝工程師提供了一個平台，共同努力和全球分享他們的成果，並實現以下三個步驟的驗證方法：

• 製造，使用規則中捕獲的抽象知識的過程的形式化驗證
• 模擬和可視化的驗證，並
• 詳盡和全面的知識獲取和檢索跟踪實驗驗證。

XperiDesk套房地址最上面列出的要求，並涵蓋高科技製造流程如圖 2所示的完整的開發週期。

圖2。開發週期與XperiDesk截圖

結論

已發出一個共同的過程中發展的做法進行審查，並從這些做法導致的缺陷已經凸顯。的問題歸納成不同的類別和潛在的解決方案進行了概述。從該軟件支持工具的要求而得。稱為一個新的軟件過程開發執行系統（PDES）類別，可滿足這些要求。

一個 PDES支持整個開發流程 - 從第一個設備想法到投入生產，由此產生的配方轉讓或合作夥伴。因此，關閉的發展循環，和今天的現實世界的結果送入明天的思想。它永遠無法取代的工程師的創造力​​，但它可以幫助工程師專注於好的想法，並得到及早擺脫壞主意。此外，PDES可以刪除文件和數據收集負擔，為這些目的提供自動化手段。

它還提供了一個工程師的遊樂場，在一個虛擬的製造環境來測試他們的想法，提供的方式，探索比以前更多的想法。一個 PDES使公司通過開發更好的解決方案，並提供更短的時間將產品推向市場的競爭優勢。研究PDES的概念已經在歐盟的研究項目長廊（北京時間 507965），並已成為商業 XperiDesk軟件套件。

參考文獻

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2。 A.瓦格納，R. J. POPP光哈恩布魯克; Ortloff，D：對 MEMS的工藝設計和跟踪支持。 SPIE：微細加工和微細加工工藝技術的X，聖何塞丁二烯。 6109，2006年。 - 2006年西部光電
3。 D. Ortloff，樓 Cooijmans; B. Veenstra：走向MEMS工藝開發的重複性和跟踪系統的方法。 ：微型和納米系統，2005年巴登 - 巴登，商業化的第十屆國際會議論文集。 2005年 - COMS
4。 B. Veenstra，D. Ortloff S. Langenhuisen：MEMS工藝開發的知識交流和產生的辦法。 ：第11屆微納米系統，聖彼得堡，2006年商業化的國際會議論文集。 2006 - COMS

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